JPH06301329A - 操船訓練用シミュレータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 模擬船橋の視界に映し出される波映像と同期
させて模擬船橋を動揺させることを可能とする。 【構成】 模擬船橋６と、模擬船橋６に実船で発生する
船体動揺を与える動揺装置７と、動揺装置７の動きを制
御する中央演算処理装置２と、模擬船橋６の視界に操船
状況に応じて変化する海面や移動物標などのＣＧ映像を
映し出す模擬視界発生装置８と、模擬視界発生装置８で
ＣＧ映像を生成する際の基礎データとなる各種波データ
及び各種移動物標データを蓄積した記憶装置12と、記憶
装置12に蓄積されているデータを設定された条件に応じ
て模擬視界発生装置８へ転送すると共にそのデータに含
まれているものと同じ波データを船体動揺の基礎データ
として動揺制御装置へ転送するデータ転送装置13とを具
備し、中央演算処理装置２は転送されてくる波データに
基づいてＣＧ映像上の海面のうねりや波に同期させて模
擬船橋６を動揺させるべく動揺装置を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は操船に伴う船舶の運動を
模擬し、船橋の動揺および船橋からの視界を再現するシ
ミュレーション装置に係り、特に模擬船橋の視界に映し
出される海面のうねりや波の映像に対応した船体動揺を
体感しつつ操船訓練を行うことができる操船訓練用シミ
ュレータに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】陸上において実船に近い操船環境を作り
出して操船訓練を行うための操船訓練装置として、操船
訓練者が搭乗する実物大の模擬船橋と、この模擬船橋に
動揺を与える動揺装置と、コンピュータグラフィックス
（ＣＧ）などによる大画面視界再現装置とを備えた操船
訓練用シミュレータが知られている。

【０００３】従来この種の装置は、模擬船橋内に実物大
の舵や各種指示計器類（例えば方位計，主軸回転計，翼
角計，舵角計，風速計，速力計など）を備え、操船訓練
者がこれら指示計器類によって操船状況を確認しつつ、
主機や舵の操作を行うことができるようになっている。
操船訓練の際、動揺装置は、主機操作や舵操作に応じて
模擬船橋に動揺を発生させて操船訓練者に実船に近い船
体動揺を体感させ、視界再現装置は、模擬船橋の視界に
港湾風景や他船などの映像と波映像とを画像合成した視
界映像を映し出して操船訓練者に海上を移動している臨
場感を与える。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、高速艇や小
型艇では波にまともに衝突すると船体が大きく動揺し、
危険な事態を招くこともあるため、大きな波を巧みに避
けたり、波やうねりに対して素早く船体の向きを調節で
きるようにするための波浪中を想定した操船訓練が必要
になる。

【０００５】しかしながら、従来の操船訓練用シミュレ
ータにおいては、模擬船橋の視界に港湾風景などと共に
海面のうねりや波の映像を映し出しはするものの、これ
は単に視覚的臨場感を高めるためであって、映し出され
た海面のうねりや波と同期させて模擬船橋を動かすこと
はできなかった。つまり、模擬船橋の視界に映し出され
た波が自船位置（仮想的な位置）に達しても、その波に
よる動揺を模擬船橋に発生させることはできない。その
ため、従来の操船シミュレータを使用して波浪中を想定
した操船訓練を行ったとしても、操船訓練者に対しては
波が単に素通りして行くような感覚を与えるのみで、波
の影響により船体が動揺する感覚を操船訓練者に体感さ
せることはできなかった。

【０００６】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
で、模擬船橋の視界に映し出される映像上の海面のうね
りや波と同期させて模擬船橋を動揺させることができる
操船訓練用シミュレータを提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の操船訓練用シミュレータは、実船同様に艤装
された模擬船橋と、この模擬船橋に実船で発生する船体
動揺を与える動揺装置と、この動揺装置の動きを制御す
る動揺制御装置と、上記模擬船橋の視界に操船状況に応
じて変化する海面や移動物標などのＣＧ映像を映し出す
模擬視界発生装置と、この模擬視界発生装置で上記ＣＧ
映像を生成する際の基礎データとなる各種波データ及び
各種移動物標データを蓄積した記憶装置と、この記憶装
置に蓄積されているデータを設定された条件に応じて上
記模擬視界発生装置へ転送すると共にそのデータに含ま
れているものと同じ波データを船体動揺の基礎データと
して上記動揺制御装置へ転送する動揺データ転送装置と
を具備しており、上記動揺制御装置は転送されてくる波
データに基づいて上記ＣＧ映像上の海面のうねりや波に
同期させて上記模擬船橋を動揺させるべく上記動揺装置
を制御する。

【０００８】本発明の操船訓練用シミュレータにおい
て、上記模擬視界発生装置は転送されてくる波データに
基づいて上記模擬船橋の視界内にある他船や漂流物など
移動物標の動揺を計算し、海面の映像とその海面のうね
りや波の影響で動揺する移動物標の映像とを合成したＣ
Ｇ映像を生成するよう構成されていることが望ましい。

【０００９】

【作用】上述のように構成される本発明の操船訓練用シ
ミュレータによれば、上記記憶装置から呼び出された同
一の波データが上記模擬視界発生装置へはＣＧ映像の基
礎データとして、上記動揺制御装置へは船体動揺の基礎
データとして両者に同時に転送される。模擬視界発生装
置は転送されてくる波データに基いて操船状況に応じて
変化する海面のうねりや波のＣＧ映像を生成する。一
方、動揺制御装置は転送されてくる波データに基づいて
模擬船橋の視界に映し出されるＣＧ映像上の海面のうね
りや波に模擬船橋の動揺を同期させるべく動揺装置を制
御する。このようにＣＧ映像の基礎データとなる波デー
タを船体動揺の基礎データに用いて動揺装置の駆動を制
御することにより、ＣＧ映像上の海面のうねりや波と模
擬船橋の動揺を完全に同期させることができる。したが
って、波を回避し、あるいは大きなうねりや波に対し自
船の向きを即座に調節するといった操船訓練を、波やう
ねりの影響による船体動揺を操船訓練者に体感させつつ
行うことができるようになる。

【００１０】また、上記波データを用いて自船だけでな
く他船その他の移動物標の動揺を計算し、海面のうねり
などに伴って動揺する移動物標の映像をＣＧ映像で表示
することで、海象をより容易に知覚することができる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の実施例を添付図面に従って説
明する。

【００１２】図１に示される操船訓練用シミュレータ
は、教官卓１、中央演算処理装置２、航海計器インター
フェース装置３、レーダ疑似信号発生装置４、模擬音響
発生装置５、模擬船橋６、動揺装置７、模擬視界発生装
置８および模擬船橋内計器類９により構成されている。

【００１３】そこで先ず、操船訓練用シミュレータの上
記各構成要素について説明する。

【００１４】教官卓１：訓練海域、訓練供試船、移動物
標（他船、漂流物など）、波のパラメータ（平均波周
期、波形、有義波高など）、波の初期位相、波の向き、
潮向、潮速、初期船速、初期船位、風向、風速など、訓
練に必要な個々のデータの入力や、訓練に必要なデータ
の組を予めセットしてなる訓練シナリオの選択など、訓
練の初期設定を行う。また訓練中においては、訓練状況
のモニタ、横切り船や対向船の出現の制御、風、波、潮
流、霧などの環境条件の設定・変更、あるいは主機や操
舵機の故障状態の設定など、総合的な訓練の実行・監視
を行う。これら訓練の初期設定並びに実行・監視を行う
教官卓内のシステム制御部１ａは、上記各種データを蓄
積した記憶装置１２と、この記憶装置１２から訓練に必
要な各種データを呼び出して模擬視界発生装置８と中央
演算処理装置２へデータ転送するデータ転送装置１３
と、このデータ転送装置１３によるデータの呼び出し・
転送を制御するデータ転送制御装置１４とで概ね構成さ
れている。これら、データ転送装置１３並びにデータ転
送制御装置１４の働きにより、模擬視界発生装置８へは
選択された訓練シナリオのデータや、他船その他の環境
条件の設定データと共に、設定された波のパラメータの
データが転送される。また、中央演算処理装置２へは自
船、他船の初期位置、針路、速力など各種初期データと
共に波のパラメータおよび波の初期位相のデータが転送
される。なお、模擬視界発生装置８へ転送される波のパ
ラメータと中央演算処理装置２へ転送される波のパラメ
ータは完全に同じものであり、後に説明する模擬視界発
生装置８および中央演算処理装置２における模擬視界発
生や船橋動揺発生のためのデータ処理乃至演算は，この
同じ波のパラメータを基準にして完全に同期をとるべく
してなされる。

【００１５】中央演算処理装置２：後述する操舵装置１
０および主機制御装置１１からの操縦信号（主機回転
数、舵角など）に対応した自船の操縦運動（６自由度運
動）を上記記憶装置１２より転送される各種初期デー
タ、すなわち自船位置、針路、速力、波のパラメータ
（平均波周期、有義波高）、波の初期位相などを基に船
体運動の数学モデルを使ってリアルタイムで演算し、自
船の姿勢、速度、加速度および角速度の情報を基に、模
擬船橋６の６自由度の動きを制御するための動揺制御信
号を動揺装置７へ送出する。また、上記演算によって求
められた自船の現在位置および姿勢（船体方位、傾斜角
など）のデータ（デジタルデータ）を模擬視界発生装置
８へ送出する。さらに、航海計器インターフェース装置
３、レーダ疑似信号発生装置４および模擬音響発生装置
５へも必要なデータを送出する。その他、教官卓１から
の指令により、移動物標（横切り船、対向船など）のデ
ータ送信や、風速、波の向きなど各種環境条件のデータ
送信を行う。

【００１６】航海計器インターフェース装置３：中央演
算処理装置２からのデータ（風速、風向、針路、主機回
転数、舵角、ヨーレート、横傾斜角など）を受けて、模
擬船橋内計器類９を駆動させるインターフェース装置
で、デジタル／アナログ変換、デジタル／シンクロ変換
などの機能を持つ。

【００１７】レーダ疑似信号発生装置４：中央演算処理
装置２からの自船位置および移動物標の位置信号を受
け、本装置内に構築された地形データベースおよび固定
物標データベースの情報を基にレーダ信号を発信する。

【００１８】模擬音響発生装置５：中央演算処理装置２
から自船の速度、主機回転数、移動物標との相対位置、
自船と波との相対位置などの信号を受け、主機音、風切
り音、波の音、汽笛、霧笛などの音を合成し、スピーカ
ーから出力する。その他、訓練中における各種告知音の
発振も行う。

【００１９】模擬船橋６：動揺装置７の上に設けられた
実際の船橋を模した操縦室で、内部には実物大の操舵機
１０、主機制御装置１１、模擬船橋内計器類９、操作
卓、スピーカなどが設置されている。

【００２０】動揺装置７：模擬船橋６が取付けられたモ
ーションベースと、これを床面に固定された固定ベース
上に動揺自在に支持する６自由度リンク機構とにより主
に構成されており、中央演算処理装置２からの動揺制御
信号を受けて、ロール動、ピッチ動、ヨー動、サージ
動、スウェイ動およびヒーブ動のそれぞれの動きを別々
に、あるいはこれらの動きを組合わせた動きを模擬船橋
に与える。

【００２１】模擬視界発生装置８：視界映像制御装置１
５と映像表示装置１６とからなる。視界映像制御装置１
５は中央演算処理装置２から送られてくる自船と移動物
標の現在位置および姿勢のデータと上記記憶装置１２よ
り転送されてくる各種データとを基に、設定された空間
（海域など）内における船橋の180 °視界の状態を演算
し、時々刻々と変化する船橋視界の映像信号（アナログ
信号）を映像表示装置１６へ送出する。視界映像制御装
置１５は、上記記憶装置１２より転送されてくる波のパ
ラメータに基づいて船橋視界内にある移動物標の動揺を
計算し、海面の映像とその海面のうねりや波の影響で動
揺する移動物標の映像とを合成した映像の映像信号を生
成する機能を持っている。映像表示装置１６は模擬船橋
６の前方に半円状に配設された複数の表示ユニットから
なり、視界映像制御装置１５からの映像信号を受けて、
180 °視界を数分割したＣＧ映像を各表示ユニットに表
示することで全体として180 °視界のＣＧ映像を表示す
る。

【００２２】模擬船橋内計器類９：実機と同様の計器
類、例えば航海計器、方位計（ジャイロレピータ）、主
軸回転計、舵角計，風向・風速計，速力計（ログ表示
器）などで構成され、航海計器インターフェース装置３
やレーダ疑似信号発生装置４からの信号により駆動され
て操船に必要な各種情報を表示あるいは指針すると共
に、操舵装置１０あるいは主機制御装置１１の操作信号
（舵角信号，主機操作信号）を中央演算処理装置２へ送
る。

【００２３】次に、図２を用いて本実施例の操船シミュ
レータにおける視界映像および船橋動揺の制御フローに
ついて説明する。

【００２４】操舵装置１０および主機制御装置１１が操
作されると、これらが操作されたことを示す操舵信号お
よび主機操作信号（いずれもアナログ信号）が中央演算
処理装置２へ送信される。中央演算処理装置２の入力処
理部１８は、送信されてきた操舵信号および主機操作信
号をデジタルデータに変換してその操縦運動演算部１９
へ入力する。操縦運動演算部１９はこの入力データに基
づいて実機における場合に相当する舵角応答や主機回転
数応答の計算を行って実舵角およびプロペラ回転数を求
め、操縦運動数学モデルによる計算を実行する。この操
縦運動数学モデルは、舵やプロペラを操作することによ
り生ずる船体運動を求めるための数式群を用いて、舵、
プロペラおよび船体に働く流体力を求める数学モデルで
ある。操縦運動演算部１９はさらに、操縦運動数学モデ
ルを用いて求めた操縦運動に起因する流体力と上記記憶
装置１２からの転送データ（各種初期データ，波のパラ
メータ及び波の初期位相データ）とを基に、自船の現在
の位置、姿勢、速度、角速度、加速度、角加速度、さら
にはこれらの諸量によって決定される船体動揺（ベクト
ル量）を算出し、その演算結果のうち自船の現在位置お
よび姿勢のデータを模擬視界発生装置８へ送出すると共
に自船の現在の姿勢、速度、角速度、加速度および角加
速度のデータを６自由度動揺制御部１７へ、自船の現在
位置データおよびエンジン回転数などの音響データを計
器・音響制御部２０へ転送する。

【００２５】模擬視界発生装置８は、中央演算処理装置
２から送られてくるデータを、設定された空間内におけ
る自船の位置・姿勢および船橋から見える視界の状態の
データとして、このデータと記憶装置１２より直接転送
されてくる波のパラメータ（海域に対応する波形デー
タ、平均波周期データ、波高データなど）とを基に、固
定物標や移動物標などの映像と海面の映像とを画像合成
したＣＧ映像をＣＲＴ画面上に映し出す。

【００２６】６自由度動揺制御部１７は、操縦運動演算
部１９からのデータ（自船の現在の姿勢、速度、角速
度、加速度および角加速度）に基いて、上記ＣＧ映像上
の海面のうねりや波と上記模擬船橋６の動揺を同期させ
るための動揺制御信号を生成し、動揺装置７へ送信す
る。操縦運動演算部１９からこの６自由度動揺制御部１
７へ転送されてくるデータは、波の初期位相データと模
擬視界発生装置８へ転送された波のパラメータと同じ波
のパラメータとを用いて得られたものであり、このよう
にＣＧ映像の基礎データとなる波のパラメータを船体動
揺の基礎データに用いて動揺装置７を装御することでＣ
Ｇ映像上の海面のうねりや波と模擬船橋６の動揺を完全
に同期させることができる。

【００２７】次に、図３のフローに従って本実施例の操
船シミュレータの全体的な動作についてより具体的に説
明する。

【００２８】[訓練の準備]操船訓練を行うに際し、前回
の訓練内容を消すため、操船訓練用シミュレータを構成
する各装置の初期化（リセット）を行う。初期化作業
は、教官卓１に設けられたリセットボタンを押すことに
より瞬時に実行される。

【００２９】リセットボタンが押されると、教官卓１の
主制御装置のモードは訓練条件設定モードとなり、教官
卓１のモニタ画面上には各種訓練条件がメニュー表示さ
れる。訓練条件の設定は、このモニタ画面上に表示され
る各種訓練メニューの中から、設定しようとする条件を
適宜選択することにより行われる。訓練メニューには、
船種、訓練海域、初期条件、環境条件などのカテゴリー
別に多数の条件項目が用意されており、トラックボール
やジョイスティックなどによってモニタ画面上のカーソ
ルを移動させて、カテゴリー毎に必要な項目をすべて選
択したのち、メニューの中から設定終了項目を選択し実
行することにより条件設定を終了することができる。条
件設定の終了と同時に、設定された訓練条件の情報は中
央演算処理装置２、模擬視界発生装置８、模擬船橋内計
器類９など、操船シミュレータの各装置へ送信され、主
制御装置のモードは訓練実行待機モードに切り替わる。

【００３０】訓練実行待機モードに入ると、模擬船橋６
の操作卓に設けられたディスプレー上にその旨が表示さ
れると共にスピーカから告知音が発振され、操船訓練者
に対し、訓練が間もなく開始されることを知らせる。操
船訓練者は、所定の手順に従って各種計器類の最終チェ
ックを行い、模擬航海に備え待機する。

【００３１】[訓練の実行]操船訓練は教官卓１の訓練開
始ボタンを押すことにより開始される。訓練開始ボタン
が押されると中央演算処理装置２からの指令により、模
擬視界発生装置８が作動してスクリーン上に視界映像が
映し出され、続いて、動揺装置７が作動して模擬船橋６
に動揺を与え始める。操縦訓練者は、視界映像および模
擬船橋内計器類９により船外環境を確認しつつ、操舵
機、主機制御装置を操作して模擬航海に出る。

【００３２】訓練が行われている間、中央演算処理装置
２は、設定された訓練条件の情報に基づいて、操縦に起
因する流体力や波浪強制力など船体に働く外力を常時計
算し、その結果を基に前述の６自由度運動方程式を解い
て、設定された空間内における自船の位置・姿勢を求め
る。ここで時々刻々と求められる情報は、レーダ疑似信
号発生装置４、模擬音響発生装置５、動揺装置７、模擬
視界発生装置８および模擬船橋内計器類９へリアルタイ
ムで送信される。そして、レーダ疑似信号発生装置４か
らはレーダ信号が発信され、模擬船橋内計器類９のレー
ダ装置には自船の位置や他船の陰影などが表示され、模
擬音響発生装置５からは主機音や波風音その他の環境音
が発振される。動揺装置７は、横揺れ、縦揺れ、船首揺
れ、前後揺れ、左右揺れ、上下揺れなどの船体動揺を模
擬船橋６に発生させる。模擬視界発生装置８は、中央演
算処理装置２からの信号とあらかじめインプットされた
波の情報を基に、港湾風景、灯台、島影などの固定物標
や他船、漂流物などの移動物標の映像と波映像とを画像
合成した視界映像をスクリーン上に映し出す。中央演算
処理装置２は、船体と波との相対位置、船体が波から受
ける流体力を順次求め、その流体力と操縦に起因する流
体力とに基いて動揺装置７を制御する。また、中央演算
処理装置２は、船体と波との相対位置を検出した際、船
首に波の山が接触したか否かをチェックし、接触（ＹＥ
Ｓ）の場合にはその信号を模擬音響発生装置５へ送出す
る。模擬音響発生装置５は、船速、波高、波に対する船
体姿勢などのデータに基づいて、船首が波を切る音や船
体に波があたる音をスピーカより出力する。

【００３３】操船訓練者は、模擬船橋６の視界に映し出
される波映像に常に注意を払いながら操船し、大きな波
に遭遇したときにはこれを回避し、あるいは波に対して
適正な船体姿勢となるように舵操作を行う。そして、操
船訓練者の舵操作によって波をうまく避けることができ
たときには、模擬船橋６に小さな動揺が与えられると共
に小さな波音が出力され、反対に、波の回避に失敗した
ときには、模擬船橋６に波による大きな動揺が与えられ
ると共に大きな波音が出力される。操船訓練者は、波に
よる船体動揺、波音を体感しつつ、実船さながらの操船
を行う。したがって、この操船シミュレータによれば、
波に対する対処技術を含めた高度な操船技術を早期に体
得させることができる。

【００３４】一方、教官卓１のモニタ画面には、操船訓
練者による舵操作、主機操作などの実行状況がリアルタ
イムで表示される。訓練教官は、訓練の最中このモニタ
表示によって操船状態を監視し、操船訓練者の操船熟練
度をチェックする。教官卓１からの指令により、視界映
像中に、新たに岩礁や他船を出現させたり、天候を急変
させたり、あるいは主機や操舵機を故障させたりするこ
とができるので、これらに対する操船訓練者の対処能力
をチェックすることもできる。そして、所定の操船訓練
を行った後、教官卓１の訓練停止ボタンを押して訓練を
終了させる。

【００３５】訓練結果およびその訓練の設定条件は、操
船訓練者別データとして磁気記録装置に記録される。そ
して、訓練終了後いつでもそのデータを呼び出して、モ
ニタ画面上に訓練中の状況を再現したり、プリントアウ
トしたりすることができる。したがって、操船訓練者
は、モニタ映像やプリントアウトされた記録によって、
自己の操船能力を客観的に認識できる。

【００３６】

【発明の効果】以上述べたように、本発明の操船シミュ
レータによれば、模擬船橋の視界に映し出される波映像
と同期させて模擬船橋を動揺させることができるので、
波の影響により船体が動揺する感覚を操船訓練者に体感
させることができ、高い訓練効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の操船シミュレータの装置構成の一実施
例を示す図である。

【図２】図１に示す操船シミュレータにおける視界映像
および船橋動揺の制御フローを示す図である。

【図３】図１に示す操船シミュレータの全体的な動作フ
ローを示す図である。

【符号の説明】

１ 教官卓 ２ 中央演算処理装置（動揺制御装置） ３ 航海計器インターフェース装置 ４ レーダ模擬信号発生装置 ５ 模擬音響発生装置 ６ 模擬船橋 ７ 動揺装置 ８ 模擬視界発生装置 ９ 模擬船橋内計器類 １０ 操舵装置 １１ 主機制御装置 １２ 記憶装置 １３ データ転送装置 １４ データ転送制御装置 １５ 視界映像制御装置 １６ 映像表示装置

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 実船同様に艤装された模擬船橋と、この
   模擬船橋に実船で発生する船体動揺を与える動揺装置
   と、この動揺装置の動きを制御する動揺制御装置と、上
   記模擬船橋の視界に操船状況に応じて変化する海面や移
   動物標などのＣＧ映像を映し出す模擬視界発生装置と、
   この模擬視界発生装置で上記ＣＧ映像を生成する際の基
   礎データとなる各種波データ及び各種移動物標データを
   蓄積した記憶装置と、この記憶装置に蓄積されているデ
   ータを設定された条件に応じて上記模擬視界発生装置へ
   転送すると共にそのデータに含まれているものと同じ波
   データを船体動揺の基礎データとして上記動揺制御装置
   へ転送するデータ転送装置とを具備し、上記動揺制御装
   置は転送されてくる波データに基づいて上記ＣＧ映像上
   の海面のうねりや波に上記模擬船橋の動揺を同期させる
   べく上記動揺装置を制御することを特徴とする操船訓練
   用シミュレータ。
2. 【請求項２】 上記模擬視界発生装置は転送されてくる
   波データに基づいて上記模擬船橋の視界内にある移動物
   標の動揺を計算し、海面の映像とその海面のうねりや波
   の影響で動揺する移動物標の映像とを合成したＣＧ映像
   を生成することを特徴とする請求項１記載の操船訓練用
   シミュレータ。